JP2018061933A - 電気脱イオン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 通水時の差圧の上昇を抑制することの可能な電気脱イオン装置を提供する。
【解決手段】 電気脱イオン装置１の脱塩室５には、該脱塩室５の上側に設けられた被処理水Ｗの流入ライン２１から分岐した被処理水流入分岐管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…がそれぞれ連通している。被処理水Ｗの流入ライン２１は両端が開放していて、各端部に被処理水供給管（図示せず）が連通しており、両側から被処理水Ｗを供給可能となっている。また、各脱塩室５の図示下側には処理水Ｗ１の流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…が連通していて、これら流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃがそれぞれ処理水Ｗ１の流出ライン２２に合流している。そして、この被処理水Ｗの流出ライン２２は両端が開放していて、両側から処理水Ｗ１を排出可能となっている。
【選択図】 図１
【解決手段】 電気脱イオン装置１の脱塩室５には、該脱塩室５の上側に設けられた被処理水Ｗの流入ライン２１から分岐した被処理水流入分岐管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…がそれぞれ連通している。被処理水Ｗの流入ライン２１は両端が開放していて、各端部に被処理水供給管（図示せず）が連通しており、両側から被処理水Ｗを供給可能となっている。また、各脱塩室５の図示下側には処理水Ｗ１の流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…が連通していて、これら流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃがそれぞれ処理水Ｗ１の流出ライン２２に合流している。そして、この被処理水Ｗの流出ライン２２は両端が開放していて、両側から処理水Ｗ１を排出可能となっている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、電気脱イオン装置に関し、特に通水時の差圧を抑制することの可能な電気脱イオン装置に関する。
電気脱イオン装置は、カチオン交換膜とアニオン交換膜で形成される室にイオン交換樹脂を充填して脱塩室とし、この脱塩室に被処理水を通過させると共に、上記両イオン交換膜を介して直流電流を作用させて、両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除しながら脱イオン水を製造するよう構成されている。
この電気脱イオン装置の脱塩室に被処理水を通水すると、被処理水中の不純物イオンが脱塩室内のイオン交換樹脂に吸着されることにより、高度に脱塩された純水が製造される。一方、脱塩室内のイオン交換樹脂には不純物イオンが吸着されるが、直流電流を通電することにより、イオンは濃縮室に移動するので、イオン交換樹脂は連続的に再生される。
このような従来の電気脱イオン装置を図５に示す。図５に示す電気脱イオン装置１においては、複数のカチオン交換膜２およびアニオン交換膜３を離間して交互に配置し、カチオン交換膜２とアニオン交換膜３とで形成される空間内にイオン交換樹脂４をそれぞれ充填することで複数の脱塩室５と濃縮水を流すための濃縮室６とが交互に形成されている。なお、図５中においては濃縮室６に充填したイオン交換樹脂４については便宜上省略してある。この濃縮室６は、脱塩室５から各イオン交換膜を介して移動してくるイオンを受け取って排出する。また、これらの脱塩室５と濃縮室６とは、陽極７と陰極８の間に配置されていて、陽極７と陰極８の内側には、それぞれ、陽極室９及び陰極室１０が形成されている。陽極室９、陰極室１０は、通常、カチオン交換膜あるいはアニオン交換膜によって仕切られている。
この電気脱イオン装置１において、各脱塩室５の図示上側には被処理水Ｗの流入ライン１１が設けられている。この流入ライン１１は基端側が開放していて、流入ライン１１には順次分岐した被処理水流入分岐管１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄがそれぞれ各脱塩室５に連通している。一方、各脱塩室５の図示下側には処理水Ｗ１の流出管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…が連通していて、これら流出管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃがそれぞれ処理水Ｗ１の流出ライン１２に合流して該流出ライン１２の一方の側で開放している。
また、各濃縮室６の図示下側には濃縮水Ｗ２の流入ライン１３が設けられていて、この流入ライン１３の基端側から順次分岐した濃縮水流入分岐管がそれぞれ各濃縮室６に連通している。一方、各濃縮室６の図示上側には濃縮水排出管が連通していて、これら排出管がそれぞれ濃縮排水Ｗ３の排出ライン１４に合流して該排出ライン１４の他方の側で開放している。なお、１５、１６はそれぞれ電極水Ｗ４の流入ライン及び排出ラインである。
上述したような電気脱イオン装置１において、陽極７と陰極８の間に直流電流を通じ、被処理水流入ライン１１から被処理水Ｗを各脱塩室５に流入するとともに、濃縮水流入ライン１３から濃縮水Ｗ２を各濃縮室６に流入し、かつ電極水流入ライン１５、１５から陽極室９、陰極室１０にそれぞれ電極水Ｗ４を流入する。被処理水流入ライン１１から流入した被処理水Ｗは、脱塩室５を流下し、除去対象となるイオンが両側のアニオン交換膜３及びカチオン交換膜２を介して濃縮室６へと移動する。一方、濃縮水流入ライン１３から流入した濃縮水Ｗ２は各濃縮室６を上昇し、カチオン交換膜２及びアニオン交換膜３を介して移動してくる不純物イオンを受け取る。不純物イオンを濃縮した濃縮排水Ｗ３は濃縮水流出ライン１４から流出し、さらに電極水流入ライン１５から流入した電極水Ｗ４は電極水流出ライン１６から流出する。そして、脱塩室５で処理された処理水Ｗ１が、脱塩水として脱イオン水流出ライン１２を通して得られる。
しかしながら、この従来の電気脱イオン装置では、被処理水Ｗは流入ライン１１の基端側から順次被処理水流入分岐管１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…を経由して各脱塩室５に流入しているので、基端側から末端側に向かうにつれて分岐管１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの順に流入する水圧が低くなるため、電気脱イオン装置自体の通水差圧が高くなる。そして、通水差圧が高くなると、安定した量の処理水Ｗ１を得るためには、被処理水Ｗを供給する供給ポンプの圧力を高くせざるを得ないため、電力消費量が上がるだけでなく、電気脱イオン装置からの水漏れのリスクが高くなる、という問題点がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、通水時の差圧の上昇を抑制することの可能な電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置された複数のカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成された複数の脱塩室及び濃縮室とを備え、前記脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂が充填されていて、前記複数の脱塩室に被処理水を通水して脱イオン水を取り出す手段と前記濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段とを有する電気脱イオン装置であって、前記各脱塩室の一側には、被処理水の流入ラインから順次分岐した被処理水流入分岐管がそれぞれ連通しているとともに、前記各脱塩室の他側には処理水の流出管がそれぞれ連通していて、これら各流出管が処理水の流出ラインに合流しており、前記流入ラインの両側が開放していて、この流入ラインの両側から前記被処理水を供給する電気脱イオン装置を提供する（発明１）。
かかる発明（発明１）によれば、電気脱イオン装置の被処理水の流入ラインから被処理水を供給すると、この被処理水は被処理水の流入ラインから順次分岐した被処理水流入分岐管を経由してそれぞれの脱塩室に流入する。このとき流入ラインの被処理水の供給側に近い脱塩室と遠い脱塩室との間で被処理水の供給圧に差異が生じ、これが通水時の差圧の要因となっていた。そこで、被処理水の流入ラインの両側から被処理水を供給することにより、各脱塩室と供給側との合計距離を略１／２に減少させることができるので、通水時の差圧の上昇を抑制することができる。
上記発明（発明１）においては、前記流出ラインの両側が開放していて、この流出ラインの両側から前記処理水を流出することが好ましい（発明２）。
かかる発明（発明２）によれば、各脱塩室を通過した処理水を流出ラインの両側から排出することにより、流出に伴う差圧が緩和され、これにより電気脱イオン装置の脱塩室に供給する被処理水の通水時の差圧の上昇をより抑制することができる。
上記発明（発明２）においては、前記流出ラインが中央部に仕切り構造を有することが好ましい（発明３）。
上記発明（発明３）によれば、各脱塩室を通過した処理水を被処理水の流入ラインの両側から排出する際に流出ラインの中央部に仕切り構造を有することにより、処理水は流出ラインの両側に分流するので、流出に伴う差圧を一層緩和することができる。
本発明の電気脱イオン装置は、電気脱イオン装置の被処理水の流入ラインの両側から被処理水を供給することにより、通水時の差圧の上昇を抑制することができる。これにより、電気脱イオン装置の運転が安定化し、水漏れのリスクを低減し、装置の耐久性も向上することができる。
以下、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置について添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の第一の実施形態による電気脱イオン装置の構成を示しており、図５に示す従来例の電気脱イオン装置と同一の構成には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。図１に示す電気脱イオン装置１において、各脱塩室５の図示上側には被処理水Ｗの流入ライン２１が設けられていて、この流入ライン２１の途中から分岐した被処理水流入分岐管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ…はそれぞれ各脱塩室５に連通している。この被処理水Ｗの流入ライン２１は両端が開放しており、各端部に被処理水供給管（図示せず）が連通していて、両側から被処理水Ｗを供給可能となっている。また、各脱塩室５の図示下側には処理水Ｗ１の流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ…が連通していて、これら流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃがそれぞれ脱イオン水である処理水Ｗ１の流出ライン２２に合流している。そして、本実施形態においては、この被処理水Ｗの流出ライン２２は両端が開放していて、両側から処理水Ｗ１を排出可能となっている。
この電気脱イオン装置１は、図２示すように電気脱イオン装置１の上部の一側から他側に向けて両端が開放した流入ライン（図示せず）が設けられていて、被処理水供給源３１に連通した被処理水供給管３２を分岐させて、これら分岐した被処理水供給管３２Ａ、３２Ｂを該流入ラインの両端にそれぞれ接続する一方、電気脱イオン装置１の下部の一側から他側に向けて両端が開放した流出ライン（図示せず）を設け、この流出ラインの両側に処理水送出管３３Ａ、３３Ｂをそれぞれ接続し、これらの送出管３３Ａ、３３Ｂを合流させて処理水送出管３３を構成している。なお、符号３４、３５は、それぞれ図示しない濃縮水Ｗ２の供給ライン及び濃縮排水Ｗ３の流出ラインに接続した濃縮水供給管及び濃縮水排出管である。
このような電気脱イオン装置１において、脱塩室５に充填されるイオン交換樹脂４のアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂の比率は特に制限はないが、体積比で８０：２０〜６０：４０、特に８０：２０〜７０：３０であるのが好ましい。なお、このイオン交換樹脂の割合は脱塩室７の上側（入口側）と下側（出口側）とで異ならせても良く、この場合には、上記割合の範疇で上側（入口側）のアニオン交換樹脂の割合を高くすることが好ましい。
また、濃縮室６に充填するイオン交換樹脂４のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比率は特に制限はなく、両者を当量とするかあるいはカチオン交換樹脂をある程度多くするのが好ましく、アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂の比率を体積比で６０：４０〜５０：５０とすればよい。
これら脱塩室７及び濃縮室６に充填するイオン交換樹脂４としては、例えば酸あるいはアルカリによる洗浄工程、超純水による酸の押し出し工程、温超純水による温水洗浄工程、超純水による仕上げ工程などによるコンディショニングを施したものを適宜用いることができる。
上述したような電気脱イオン装置１を用いた脱イオン水の製造方法について説明する。まず、脱イオン水の製造に際しては、陽極７と陰極８の間に直流電流を通じ、被処理水供給源３１から被処理水供給管３２に被処理水Ｗを供給すると、被処理水Ｗは被処理水供給管３２Ａ、３２Ｂを経由して、電気脱イオン装置１の流入ライン２１の両側から供給され、その流入ライン２１から被処理水流入分岐管２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…を経由して各脱塩室５に流入する。一方、濃縮水流入ライン１３から濃縮水Ｗ２を各濃縮室６に流入し、かつ電極水流入ライン１５、１５から陽極室９、陰極室１０にそれぞれ電極水Ｗ４を流入する。流入した被処理水Ｗは、脱塩室５を流下し、除去対象となるイオンが両側のアニオン交換膜３及びカチオン交換膜２を介して濃縮室６へと移動する。そして、濃縮水流入ライン１３から流入した濃縮水Ｗ２は各濃縮室６を上昇し、カチオン交換膜２及びアニオン交換膜３を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮排水Ｗ３が濃縮水流出ライン１４から流出され、さらに電極水流入ライン１５から流入した電極水Ｗ４は電極水流出ライン１６から流出する。
このようにして脱塩室５で処理された処理水Ｗ１が、脱イオン水として処理水Ｗ１の流出管２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…から流出し、流出ライン２２で合流して送出される。このとき本実施形態においては、流出ライン２２の両側に処理水送出管３３Ａ、３３Ｂをそれぞれ接続しているので、処理水（脱イオン水）Ｗ１は流出ライン２２を２方向から流出し、送出管３３Ａ、３３Ｂから送出管３３に合流して、装置外に流出する。
上述したように電気脱イオン装置１の被処理水の流入ライン２１の両側から被処理水Ｗを供給することにより、一方の側から供給する場合と比べて、供給側と各脱塩室５との合計距離を略１／２に減少させることができるので、流入ライン２１を通過する際の圧損失に起因する各脱塩室５間の被処理水Ｗの供給圧の差が緩和され、通水時の差圧の上昇を抑制することができる。特に本実施形態においては、各脱塩室５を通過した処理水Ｗ１を処理水の流出ライン２２の両側から流出させることにより、流出に伴う差圧が緩和され、これにより電気脱イオン装置１の脱塩室５に供給する被処理水Ｗ１の通水時の差圧の上昇をより抑制することができるようになっている。
次に本発明の第二の実施形態による電気脱イオン装置について図３に基づいて説明する。本実施形態の電気脱イオン装置は、第一の実施形態の電気脱イオン装置において、流出ライン２２の中央部に仕切り構造としての仕切り部材２３を有する以外同じ構成を有する。
本実施形態の構成を採用することにより、脱塩室５で処理された処理水（脱イオン水）Ｗ１を処理水Ｗ１の流出管２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃ…から流出すると、仕切り部材２３の右側と左側とに処理水Ｗ１の流れが完全に分かれるので、流出に伴う差圧を一層緩和することができる。
以上、本発明の電気脱イオン装置について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変更実施が可能である。例えば、濃縮水Ｗ２の流通方向は被処理水Ｗと同方向であってもよく、また被処理水Ｗ１を分取して流通させてもよい。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
ベースとなる電気脱イオン装置１としてＶＮＸ（ＥＶＯＱＵＡ ＷＡＴＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製）を用い、図１及び図２に示すように流入ライン２１の両端に被処理水供給管３２Ａ、３２Ｂを接続するとともに流出ライン２２の両端に処理水送出管３３Ａ、３３Ｂを接続して実施例１の電気脱イオン装置１を構成した。なお、実施例１で用いた電気脱イオン装置１は、脱塩室５を４室、濃縮室６を３室有する構成である。
ベースとなる電気脱イオン装置１としてＶＮＸ（ＥＶＯＱＵＡ ＷＡＴＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製）を用い、図１及び図２に示すように流入ライン２１の両端に被処理水供給管３２Ａ、３２Ｂを接続するとともに流出ライン２２の両端に処理水送出管３３Ａ、３３Ｂを接続して実施例１の電気脱イオン装置１を構成した。なお、実施例１で用いた電気脱イオン装置１は、脱塩室５を４室、濃縮室６を３室有する構成である。
この電気脱イオン装置１に被処理水Ｗを７．５ｍ３／ｈ、１０．５ｍ３／ｈ、１２．５及び１５．０ｍ３／ｈで通水した際の流出ライン２２における圧力を測定し、通水圧に対する圧損（差圧）を測定した。結果を図４に示す。
〔比較例１〕
図５の従来の電気脱イオン装置に被処理水Ｗを７．５ｍ３／ｈ、１０．５ｍ３／ｈ、１２．５及び１５．０ｍ３／ｈで通水した際の流出ライン１１における圧力を測定し、通水圧に対する圧損（差圧）を測定した。結果を図４にあわせて示す。
図５の従来の電気脱イオン装置に被処理水Ｗを７．５ｍ３／ｈ、１０．５ｍ３／ｈ、１２．５及び１５．０ｍ３／ｈで通水した際の流出ライン１１における圧力を測定し、通水圧に対する圧損（差圧）を測定した。結果を図４にあわせて示す。
図４から明らかなように被処理水Ｗを一方の側から通水して流出させた比較例１の電気脱イオン装置に対し、実施例１の電気脱イオン装置は、差圧がほぼ４０％低減しており、通水時の差圧の上昇を抑制することが可能であることがわかる。
１ 電気脱イオン装置
２ カチオン交換膜
３ アニオン交換膜
４ イオン交換樹脂
５ 脱塩室
６ 濃縮室
７ 陽極
８ 陰極
９ 陽極室
１０ 陰極室
２１ 流入ライン
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ 被処理水流入分岐管
２２ 流出ライン
２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 流出管
２３ 仕切り部材
３１ 被処理水供給源
３２ 被処理水供給管
３３ 処理水送出管
３４ 濃縮水供給管
３５ 濃縮水流出管
Ｗ 被処理水
Ｗ１ 処理水（脱イオン水）
Ｗ２ 濃縮水
Ｗ３ 濃縮排水
Ｗ４ 電極水
２ カチオン交換膜
３ アニオン交換膜
４ イオン交換樹脂
５ 脱塩室
６ 濃縮室
７ 陽極
８ 陰極
９ 陽極室
１０ 陰極室
２１ 流入ライン
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ 被処理水流入分岐管
２２ 流出ライン
２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 流出管
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３１ 被処理水供給源
３２ 被処理水供給管
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Ｗ 被処理水
Ｗ１ 処理水（脱イオン水）
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Ｗ４ 電極水
Claims (3)
- 陰極及び陽極と、該陰極及び陽極の間に配置された複数のカチオン交換膜及びアニオン交換膜と、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成された複数の脱塩室及び濃縮室とを備え、前記脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂が充填されていて、前記複数の脱塩室に被処理水を通水して脱イオン水を取り出す手段と前記濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段とを有する電気脱イオン装置であって、
前記各脱塩室の一側には、被処理水の流入ラインから順次分岐した被処理水流入分岐管がそれぞれ連通しているとともに、前記各脱塩室の他側には処理水の流出管がそれぞれ連通していて、これら各流出管が処理水の流出ラインに合流しており、前記流入ラインの両側が開放していて、この流入ラインの両側から前記被処理水を供給する電気脱イオン装置。 - 前記流出ラインの両側が開放していて、この流出ラインの両側から前記処理水を流出する請求項１に記載の電気脱イオン装置。
- 前記流出ラインが中央部に仕切り構造を有する請求項２に記載の電気脱イオン装置。
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